นักวิจัยมช.พัฒนาแกลบข้าวใช้เป็นขั้วไฟฟ้าสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ต่อยอดสู่การใช้งานยานยนต์ไฟฟ้า

นักวิจัย มช. พัฒนาแกลบข้าวสร้างเป็นวัสดุคอมพอสิตที่มีองค์ประกอบของซิลิการะดับนาโน เพื่อใช้เป็นขั้วไฟฟ้าสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน หนึ่งก้าวสำคัญในการต่อยอดสู่การใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้า เพื่อพัฒนาอุตสาหกรรมแหล่งกักเก็บพลังงานไฟฟ้าอีกทั้งเทคโนโลยี และนวัตกรรมด้านวัสดุที่มีรอบการใช้งานที่ยาวนาน ช่วยลดปริมาณเศษวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรได้ ยกระดับขีดความสามารถในการแข่งขันในระดับประเทศ และส่งเสริมอุตสาหกรรมใหม่ตามยุทธศาสตร์ของประเทศไทย โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่ซึ่งมีความจำเป็นที่จะต้องพึ่งพาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่มีประสิทธิภาพสูง

ทีมนักวิจัยภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่นักวิจัย นำโดย รศ.ดร.ฐปนีย์ สารครศรี, นางสาวณัฐกาญจน์ รัศมีธรรมจักร์ (นักศึกษาระดับปริญญาเอก), ดร.ธนภัทร อัฐวงค์, ศ.ดร.ธรณินทร์ ไชยเรืองศรี ร่วมมือกับ มหาวิทยาลัยฟู่ตั้น สาธารณรัฐประชาชนจีน นำโดย Prof. Dr. Ai-shui Yu ในการให้คำปรึกษาในด้านการศึกษาประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเคมีของแบตเตอรี่ และมหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น นำโดย Prof. Dr. Hiroki Kurata ได้ศึกษาวิจัยการสังเคราะห์และพัฒนาวัสดุคอมพอสิตที่มีองค์ประกอบของซิลิการะดับนาโนจากแกลบข้าวกระจายตัวอยู่บนแผ่นรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ และมีโครงสร้างที่มีโครงร่างยืดหยุ่นของพอลิอนิลีนคลุมอยู่ เพื่อใช้เป็นขั้วไฟฟ้ารองรับเทคโนโลยีสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนประสิทธิภาพสูง

วัสดุคอมพอสิตที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ ใช้กระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี ประกอบด้วยซิลิการะดับนาโนจากแกลบข้าว โดยซิลิการะดับนาโนนี้ถูกสังเคราะห์จากแกลบข้าวด้วยกระบวนการ Heat treatment และรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ ถูกสังเคราะห์ด้วยวิธีการปรับปรุงของฮัมเมอร์และตามด้วยกระบวนการบำบัดด้วยความร้อนตามลำดับ ในขั้นตอนสุดท้าย นาโนซิลิกาจากแกลบข้าวและรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ถูกนำมาคอมพอสิตกับพอลิอนิลีนด้วยกระบวนการเตรียมในวิธีพอลิเมอไรซ์มอนอเมอร์ที่มีสารตัวเติมผสมอยู่ (in-situ polymerization)

ผลวิจัยพบว่า วัสดุคอมพอสิตแอโนดที่พัฒนามีคุณสมบัติโดดเด่นมาก เมื่อพอลิอนิลีนเข้าไปปรับปรุงทั้ง ความจุทางไฟฟ้า การนำไฟฟ้า และเสถียรภาพของขั้วไฟฟ้าแอโนดที่มีพื้นฐานมาจากวัสดุคอมพอสิตนาโนซิลิกา-รีดิวซ์แกรฟีน ออกไซด์ โดยมีค่าความจุทางไฟฟ้าสูงสุดถึง 680 mAh/g ที่อัตราการอัดประจุ 400 mA/g ซึ่งสูงกว่าวัสดุแอโนดทางการค้าในปัจจุบัน (372 mAh g-1) อีกทั้งวัสดุดังกล่าวได้ผ่านการทดสอบรอบการใช้งานสูงถึง 500 รอบ มีแนวโน้มที่จะสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่อง วัสดุดังกล่าวมีความเป็นไปได้ว่าจะสามารถนำมาใช้เป็นวัสดุแอโนดในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ที่ให้ความหนาแน่นพลังงานสูงน้ำหนักเบา ชาร์จเร็ว มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน ราคาประหยัดและปลอดภัย เหมาะสมสำหรับใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้าที่มีมากขึ้นในปัจจุบัน

นับเป็นอีกหนึ่งก้าวสำคัญในการต่อยอด เพื่อพัฒนาอุตสาหกรรมแหล่งกักเก็บพลังงานไฟฟ้า อีกทั้งเทคโนโลยี และนวัตกรรมด้านวัสดุที่มีรอบการใช้งานที่ยาวนาน สำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน เพิ่มโอกาสในการสร้างเครือข่ายงานวิจัยด้านแหล่งกักเก็บพลังงานระหว่างมหาวิทยาลัยเชียงใหม่และนานาชาติ อีกทั้งยังเป็นการเพิ่มการเป็นที่รู้จักและยอมรับในระดับนานาชาติของงานวิจัยในด้านแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนของมหาวิทยาลัยเชียงใหม่

งานวิจัยนี้ยังสร้างคุณประโยชน์ในด้านสิ่งแวดล้อม โดยสามารถลดปริมาณเศษวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรได้ ยกระดับขีดความสามารถในการแข่งขั้นในระดับประเทศในด้านอุตสาหกรรมใหม่ตามยุทธศาสตร์ของประเทศไทยอย่างอุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่ ที่ใช้งานแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นหลัก นอกจากนั้นยังมีส่วนที่จะช่วยประเทศไทยให้ก้าวข้ามอุปสรรคใหญ่ และสร้างความเป็นไปได้ที่จะเป็นส่วนหนึ่งในการสนับสนุนการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าอย่างแพร่หลายทั่วโลกในอนาคตอันใกล้ ผลสัมฤทธิ์ดังกล่าวยังตอบสนองต่อโจทย์ SDG7: Affordable and Clean Energy ซึ่งเป็น 1 ใน SDGs ที่ทางมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ได้กำหนดทิศทางการดำเนินงานหลักในการมุ่งสู่เป้าหมายของการพัฒนาอย่างยั่งยืน.